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发表状况：Cell. 2018 Dec 13;175(7):1756-1768. 研究团队： Bruce M. Spiegelman：bruce_spiegelman@dfci.harvard.edu 美国波士顿Dana-Farber癌症研究所癌症生物学系 美国波士顿哈佛大学医学院细胞生物学系 美国印第安纳波利斯印第安纳大学医学院整形外科
摘要 Irisin由肌肉分泌，随运动增加，并介导身体活动的某些有利影响。特别是，已经证明Irisin在脂肪组织，脑和骨中具有有益效果。然而，对运动的骨骼反应不太清楚，并且尚未确定Irisin的受体。在这里，我们显示Irisin结合整合素αV类的蛋白质，生物物理研究确定Irisin和整合素αV/β5之间的相互作用的表面。αV整联蛋白的化学抑制阻断了骨细胞和脂肪细胞中的Irisin的信号传导和功能。 Irisin增加骨细胞存活和骨硬化蛋白的产生，骨硬化蛋白是骨重建的局部调节剂。 FNDC5（或irisin）的基因缺失完全阻断了卵巢切除术诱导的骨细胞溶骨，防止骨质流失，并支持irisin在骨骼重塑中的重要作用。鉴定irisin受体可以极大地促进我们对irisin在运动和人体健康中的作用的理解。 Abstract Irisin is secreted by muscle, increases with exercise, andmediates certain favorable effects of physical activity. In particular, irisinhas been shown to have beneficial effects in adipose tissues, brain, and bone.However, the skeletal response to exercise is less clear, and the receptor foririsin has not been identified. Here we show that irisin binds to proteins ofthe αV class of integrins, and biophysical studies identify interactingsurfaces between irisin and αV/β5 integrin.Chemical inhibition of the αV integrins blocks signaling and function by irisinin osteocytes and fat cells. Irisin increases both osteocytic survival andproduction of sclerostin, a local modulator of bone remodeling. Genetic ablationof FNDC5 (or irisin) completely blocks osteocytic osteolysis induced byovariectomy, preventing bone loss and supporting an important role of irisin inskeletal remodeling. Identification of the irisin receptor should greatly facilitateour understanding of irisin’s function in exercise and human health. 研究亮点 1. αV类整联蛋白是骨细胞和脂肪组织中irisin受体。 2. Irisin增加骨细胞中的骨硬化蛋白表达以诱导骨吸收。 3. FNDC5（或Irisin）的基因缺失完全阻断OVX诱导的骨小梁丢失。 研究结果 图1 Irisin阻断骨细胞死亡并刺激骨硬化蛋白在mRNA和蛋白质水平上的表达。（A）用指定浓度的Irisin和过氧化氢处理MLO-Y4细胞，然后分析细胞死亡百分比。（B）接种MLO-Y4细胞并孵育直至细胞密度为60％，将细胞与Freestyle293培养基一起温育4小时后用指定浓度的Irisin处理16小时。qRT-PCR分析骨硬化蛋白mRNA表达水平。亲环蛋白用作对照管家基因。（C和D）8周龄野生型C57BL / 6J小鼠每天注射指定剂量的Irisin为期6天。qRT-PCR分析富含成血细胞的胫骨的骨硬化蛋白mRNA水平（C）。亲环蛋白用作管家基因。收集血浆ELISA试剂盒检测分析骨硬化蛋白蛋白质水平（D）。数据表示为平均值±SEM。对于（C）和（D），n = 5只动物/组。 * p <0.05，*** p=""><> 图2 FDNC5（或Irisin）全基因敲除小鼠在9个月时对OVX诱导的小梁骨丢失有抵抗力。对9个月大的全基因FNDC5（或Irisin）敲除小鼠（FNDC KO）和野生型（WT）同窝小鼠进行卵巢切除术（OVX）。（A-D）来自WT小鼠或FNDC5（或Irisin）KO小鼠的von Kossa染色的腰椎的代表性图像。WT和假手术（A），FNDC5 KO和假手术组（B），WT和OVX（C），以及FNDC5 KO和OVX（D）。矿化骨染成黑色。箭头表示矿化骨。（E-J）在腰椎进行骨组织形态学分析，骨量/总体积（％）（E），小梁数（每nm）（F），小梁separation（μm）（G），侵蚀表面/骨表面（％）（H），破骨细胞表面/骨周长（％）（I）和破骨细胞数/骨周长（mm）（J）。数据表示为平均值±SEM，n = 4-7只动物/组。 * p <> 图3 缺失FNDC5（或Irisin）在9个月时预防OVX诱导的骨细胞骨溶解。胫骨样品来自图2中的OVX实验，分析使用的测量空隙面积反向散射扫描电子显微镜。（A-D）代表性数据，WT和假手术组（A），FNDC5 KO和假手术组（B），WT和OVX（C），和FNDC5 KO和OVX（D）。箭头表示裂隙。（E）分析了裂隙区域。数据表示为平均值±SEM，n = 4-7只动物/组。 * p <>
图4 Irisin刺激了一种非常有效的“整合素样”信号传导途径，包括pFAK，pZyxin和pCREB。（A）交联/共免疫沉淀/质谱实验方案以鉴定Irisin受体。（B）含有Irisin与adipsin的前5种富集蛋白质。有关完整列表，请参阅表S4。（C）规范整联蛋白信号传导模型。整联蛋白异二聚体与其配体结合。二者相互作用导致FAK和Zyxin的磷酸化，其次是AKT的磷酸化（在T308处）和CREB。 PM，质膜。（D和E）接种MLO-Y4细胞并孵育至60％细胞密度。将细胞与FreeStyle293培养基一起温育4小时并用10nM去甲肾上腺素或Irisin（D）或指定浓度的Irisin处理10分钟（E）。裂解细胞并使用免疫印迹分析以检测指示的蛋白质水平。
图5 Irisin直接与整合蛋白复合物与结合启动子图。A.将100nMIrisin与5nM His-标记的整合蛋白一起孵育，然后使用镍-次氮基三乙酸（Ni-NTA）琼脂糖进行免疫沉淀。通过免疫印迹分析沉淀的整合蛋白和共沉淀的Irisin。B.接种HEK293T细胞并孵育至50％细胞密度。用0.1ug指示的整合蛋白质粒转染细胞，48小时后，将细胞与293自由培养基一起温育3小时，并用指定浓度的Irisin处理5分钟。使用免疫印迹分析裂解细胞以检测指示的蛋白质水平。C.如图4E所述处理MLO-Y4细胞，加入用指定的拮抗性抗体预处理10分钟。使用免疫印迹分析裂解细胞以检测指示的蛋白质水平。D.如图1B中所述处理MLO-Y4细胞，不同之处在于用指定的拮抗性抗体加入预处理10分钟。通过qRT-PCR分析硬化蛋白mRNA水平。亲环蛋白用作管家基因。E. Irisin和整联蛋白aV / b5之间相互作用的对接模型（STAR方法）。带状图由HDX稳定和不稳定着色。氘差异的百分比根据底部的平滑颜色渐变键进行颜色编码。虹膜蛋白二聚体的晶体结构来自PDB（PDB：4LSD），并且基于整联蛋白b3结构（PDB：4MMX）构建整联蛋白b5的同源模型。 图6 整合素抑制剂如RGD肽和Echistatin阻断Irisin诱导的信号传导和基因表达。 （A和B）如图4E所述处理MLO-Y4细胞，加入用整联蛋白抑制剂，RGDS肽（A）或echistatin（B）预处理。使用免疫印迹分析裂解细胞以检测指示的蛋白质水平。（C）如图1B所述处理MLO-Y4细胞，加入用整联蛋白抑制剂预处理10分钟。（D和E）如图1C和1D所述处理8周龄WT C57BL / 6J小鼠，除了共注射1mg / kg环RGDyK（cRGDyK），硬化蛋白（D）和硬化蛋白的相对mRNA水平。血浆中的蛋白质水平（E）。数据表示为平均值±标准误。对于（C）和（D），n = 9-12只动物/组。 * p <>
图7 整合素介导Irisin诱导的生热作用。（A和B）将1mg / kg Irisin每隔一天注射到8周龄WT C57BL/6J小鼠中一周。通过qRT-PCR分析腹股沟脂肪中指示基因的mRNA水平。亲环蛋白用作管家基因（A）。还使用免疫印迹分析（B）裂解腹股沟脂肪以检测指示的蛋白质水平。（C和D）如（A）和（B）中那样处理和分析小鼠，同时加入共注射1m / kg对照RGD肽或cRGDyK。通过qRT-PCR分析腹股沟脂肪中指定基因的mRNA水平。亲环蛋白用作管家基因（C）。还使用免疫印迹分析（D）裂解腹股沟脂肪以检测指定的蛋白质水平。（E）在分化6天期间每隔一天用指定浓度的Irisin与10mM对照肽或cRGDyK处理原始腹股沟脂肪细胞。。通过qRT-PCR分析Ucp1 mRNA水平。亲环蛋白用作对照管家基因。数据表示为平均值±标准误。对于（A）和（B），n = 12-13只动物/组。对于（C）和（D），n = 11-13只动物/组。 * p <0.05，** p=""><> 总结 αV整合素复合物是Irisin受体。Irisin与结构同源于其他整合素配体的αV/β5相互结合。Irisin通过靶向骨细胞调节骨重建。Irisin通过整合素在脂肪组织中诱导脂肪生成。
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